淺談軟水器的工作原理
人們把水的軟、硬程度分為許多“度”，統(tǒng)稱為硬度，可以分類為0～30度（德國分類法），0～4度叫很軟的水，26～30度叫很硬的水。軟水中放入肥皂易產(chǎn)生大量泡沫，而硬水中的鈣鹽、鎂鹽能與肥皂起作用產(chǎn)生沉淀，使肥皂失去去污能力，不易產(chǎn)生泡沫。如果將硬水用作鍋爐用水，會(huì)有較多水垢產(chǎn)生而附著在鍋爐壁上，妨礙傳熱而多燒燃料，甚至?xí)瑰仩t產(chǎn)生裂縫而引起爆炸。通常家中燒水用的壺壁上的白垢，就是硬水受熱產(chǎn)生的沉淀。人常喝太硬的水不利于身體健康，所以，現(xiàn)在提倡喝通過處理的水，工業(yè)上也將硬水先軟化后再使用。
一.、全自動(dòng)軟水器工作原理
全自動(dòng)軟水器就是將軟水器運(yùn)行及再生的每一個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，并采用時(shí)間，流量或感應(yīng)器等方式來啟動(dòng)再生。通常一個(gè)全自動(dòng)軟水器的循環(huán)過程由下列具體步驟組成。
1．運(yùn)行
原水在一定的壓力,流量下,流經(jīng)裝有離子交換樹脂的容器（軟水器）樹脂中所含的可交換離子na+與水中的陽離子（ca++,mg++,fe++…等）進(jìn)行離子交換，使容器出水的ca++,mg++含量達(dá)到我們的要求。我們把一個(gè)軟水器所具有的離子交換的能力以工作交換容量表示，其單位可用（mol,eq,ppm,usgrains等）。
2.反洗
樹脂失效后，在進(jìn)行再生之前先用水自下而上的進(jìn)行反洗，反洗的目的有兩個(gè),一是通過反洗,使運(yùn)行中壓緊的樹脂層松動(dòng),有利于樹脂顆粒與再生液充分接觸,二是清除運(yùn)行時(shí)在樹脂面層積累的懸浮物及樹脂表面的懸浮物.
同時(shí)一些碎樹脂顆粒也可隨反洗水排出,這樣,交換器的水流阻力不會(huì)越來越大.為了保證反洗時(shí)完整樹脂不被沖走,在設(shè)計(jì)軟水器時(shí),應(yīng)在樹脂層上留有一定的反洗空間,反洗強(qiáng)度越大要求的反洗空間就越大.通常設(shè)計(jì)選用50%的樹脂層高度作為反洗膨脹高度.它適應(yīng)的反洗流速為12m/h（5gpm/ft2）（進(jìn)水溫度為10攝氏度）反洗的好壞直接影響再生效果。
3.再生
再生液在一定濃度,流量下流經(jīng)失效的樹脂層,將樹脂還原再生,使其恢復(fù)原有的交換能力。
4.置換
在再生液進(jìn)完后,交換器膨脹空間及樹脂層中還有尚未參與再生交換的鹽液,為了充分利用這部分鹽液,采用小于或相當(dāng)于再生液流速的清水進(jìn)行清洗,目的是不使清水與再生液產(chǎn)生混合.一般清洗水量為樹脂體積的0.5-1倍.
5.正洗
目的是清除樹脂層中殘留的再生廢液,通常以正常運(yùn)行流速清洗至出水合格為止.
6.鹽箱補(bǔ)水
向鹽箱注入溶解再生所需鹽耗量的水.通常1加侖水可溶解3磅鹽.即1立方米水溶解360kg鹽（濃度為26.4%）。
為了保證鹽箱中的鹽液濃度能達(dá)到飽和，首先應(yīng)保證溶解時(shí)間不小于6小時(shí),其次是必須保持鹽液箱中.鹽平面始終高于水平面。通俗的講，鹽液箱要做到見鹽不見水。
二.影響軟水器交換容量的因素
1.流速:（gpm/ft2,m/h）
通常流速越大離子交換所需的工作層越大，樹脂有效利用率會(huì)下降，但設(shè)備產(chǎn)水能力會(huì)提高。反之流速越小所需的工作層越少，樹脂利用率增加，但設(shè)備產(chǎn)水能力下降。過小的流速會(huì)造成原水只與樹脂表面離子進(jìn)行交換,水不能進(jìn)入樹脂內(nèi)部。樹脂表面通常僅提供20%的交換容量。樹脂里面能提供80%交換容量。合理的交換流速對于提高設(shè)備產(chǎn)水能力及交換能力是非常重要的，一般建議運(yùn)行流速控制在（中國20-30m/h,美國4-10gpm/ft2）小型裝置可適當(dāng)提高。
2.水與樹脂的接觸時(shí)間:（gpm/ft3）
水與樹脂的接觸時(shí)間越長，交換越充分，但相對單位樹脂的產(chǎn)水能力下降，接觸時(shí)間越短，交換越不充分，單位樹脂的交換能力下降，而單位樹脂的產(chǎn)水能力提高。因此合理的接觸時(shí)間對于軟水器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行非常重要。一般建議1.0—5.0gpm/ft3樹脂或8—40bv/h.（每小時(shí)流量為樹脂裝載量的八至四十倍）
3.樹脂層的高度
樹脂層越低，因流速對其交換能力的影響就越大，當(dāng)樹脂層高度達(dá)到30英尺（762mm）時(shí),樹脂層高度造成的流速對其交換能力的影響可降到比較低的程度。因此一般建議樹脂層高度大于30英尺（762mm）
4.進(jìn)水含鹽量
進(jìn)水含鹽量的高低直接影響出水的品質(zhì)，而進(jìn)水含鹽量中k+,na+的總含量對出水品質(zhì)的影響非常大。
例：當(dāng)原水含鹽量為500ppm其中na++k+為零，硬度為10mol/m3
如果我們再生用15lb/ft3（240g/l）出水質(zhì)量可達(dá)到近乎0.00.
當(dāng)原水含鹽量為500ppm而na++k+為250ppm，硬度為5mol/m3
同樣我們用15lb/ft3（240g/l）出水質(zhì)硬度為0.038mmol/l接近
0.04mmol/l（超過了低壓鍋爐進(jìn)水要求）若要出水達(dá)到
0.03mmol/l以下,必須使用（18lb/ft3,290g/l）
5.溫度
水溫增加能同時(shí)加快內(nèi)擴(kuò)散和膜擴(kuò)散,提高交換能力,無論是運(yùn)行或再生,適當(dāng)?shù)靥岣咚疁貙浰魇怯幸娴摹?br>6.再生劑質(zhì)量（nacl）
再生劑純度越高,樹脂的再生度越高,出水的離子泄漏量越少,因此提高再生劑純度及用軟化水溶鹽可提高再生度.
7.再生液流量
通常再生液流量越小獲得的再生效果越好。但過低的再生液流量會(huì)使再生時(shí)間過長.及使再生劑繞過樹脂僅將樹脂表面再生.因此一般要求再生液流量在0.25-0.9gpm/ft3（或順洗流量4-6m/h,逆流再生2-3m/h）
8.再生液濃度
根據(jù)離子平衡原理,再生液濃度提高,可以使樹脂的交換能力得到提高,但在再生劑用量一定的條件下,再生液濃度過高,會(huì)縮短再生液與樹脂的接觸時(shí)間,從而降低了再生效果.一般鹽液濃度控制在10%左右為宜.
9.再生劑用量
樹脂的交換在再生理論上是按等當(dāng)量進(jìn)行即1mol的再生劑可恢復(fù)一個(gè)1mol的交換容量,（即使用58.43g的nacl）.但實(shí)際上再生劑的耗量要比理論值大得多.實(shí)驗(yàn)證明再生劑用量越多,獲得的樹脂工作交換容量越大.出水質(zhì)量越好.但隨著再生劑用量的不斷增加，工作交換容量的提高會(huì)越來越少。經(jīng)濟(jì)性會(huì)不斷下降。因此再生鹽耗。應(yīng)根據(jù)不同的原水水質(zhì)，在保證一定的交換能力及水質(zhì)條件下，盡可能選用比較經(jīng)濟(jì)合理的耗鹽量。在美國通常低壓鍋爐的軟水器，采用240g/l鹽再生一升樹脂。
10.樹脂
不同的樹脂所提供的交換能力是不一樣的。
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保證通風(fēng)柜變風(fēng)量系統(tǒng)的安全性十分重要
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1．運(yùn)行
原水在一定的壓力,流量下,流經(jīng)裝有離子交換樹脂的容器（軟水器）樹脂中所含的可交換離子na+與水中的陽離子（ca++,mg++,fe++…等）進(jìn)行離子交換，使容器出水的ca++,mg++含量達(dá)到我們的要求。我們把一個(gè)軟水器所具有的離子交換的能力以工作交換容量表示，其單位可用（mol,eq,ppm,usgrains等）。
2.反洗
樹脂失效后，在進(jìn)行再生之前先用水自下而上的進(jìn)行反洗，反洗的目的有兩個(gè),一是通過反洗,使運(yùn)行中壓緊的樹脂層松動(dòng),有利于樹脂顆粒與再生液充分接觸,二是清除運(yùn)行時(shí)在樹脂面層積累的懸浮物及樹脂表面的懸浮物.
同時(shí)一些碎樹脂顆粒也可隨反洗水排出,這樣,交換器的水流阻力不會(huì)越來越大.為了保證反洗時(shí)完整樹脂不被沖走,在設(shè)計(jì)軟水器時(shí),應(yīng)在樹脂層上留有一定的反洗空間,反洗強(qiáng)度越大要求的反洗空間就越大.通常設(shè)計(jì)選用50%的樹脂層高度作為反洗膨脹高度.它適應(yīng)的反洗流速為12m/h（5gpm/ft2）（進(jìn)水溫度為10攝氏度）反洗的好壞直接影響再生效果。
3.再生
再生液在一定濃度,流量下流經(jīng)失效的樹脂層,將樹脂還原再生,使其恢復(fù)原有的交換能力。
4.置換
在再生液進(jìn)完后,交換器膨脹空間及樹脂層中還有尚未參與再生交換的鹽液,為了充分利用這部分鹽液,采用小于或相當(dāng)于再生液流速的清水進(jìn)行清洗,目的是不使清水與再生液產(chǎn)生混合.一般清洗水量為樹脂體積的0.5-1倍.
5.正洗
目的是清除樹脂層中殘留的再生廢液,通常以正常運(yùn)行流速清洗至出水合格為止.
6.鹽箱補(bǔ)水
向鹽箱注入溶解再生所需鹽耗量的水.通常1加侖水可溶解3磅鹽.即1立方米水溶解360kg鹽（濃度為26.4%）。
為了保證鹽箱中的鹽液濃度能達(dá)到飽和，首先應(yīng)保證溶解時(shí)間不小于6小時(shí),其次是必須保持鹽液箱中.鹽平面始終高于水平面。通俗的講，鹽液箱要做到見鹽不見水。
二.影響軟水器交換容量的因素
1.流速:（gpm/ft2,m/h）
通常流速越大離子交換所需的工作層越大，樹脂有效利用率會(huì)下降，但設(shè)備產(chǎn)水能力會(huì)提高。反之流速越小所需的工作層越少，樹脂利用率增加，但設(shè)備產(chǎn)水能力下降。過小的流速會(huì)造成原水只與樹脂表面離子進(jìn)行交換,水不能進(jìn)入樹脂內(nèi)部。樹脂表面通常僅提供20%的交換容量。樹脂里面能提供80%交換容量。合理的交換流速對于提高設(shè)備產(chǎn)水能力及交換能力是非常重要的，一般建議運(yùn)行流速控制在（中國20-30m/h,美國4-10gpm/ft2）小型裝置可適當(dāng)提高。
2.水與樹脂的接觸時(shí)間:（gpm/ft3）
水與樹脂的接觸時(shí)間越長，交換越充分，但相對單位樹脂的產(chǎn)水能力下降，接觸時(shí)間越短，交換越不充分，單位樹脂的交換能力下降，而單位樹脂的產(chǎn)水能力提高。因此合理的接觸時(shí)間對于軟水器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行非常重要。一般建議1.0—5.0gpm/ft3樹脂或8—40bv/h.（每小時(shí)流量為樹脂裝載量的八至四十倍）
3.樹脂層的高度
樹脂層越低，因流速對其交換能力的影響就越大，當(dāng)樹脂層高度達(dá)到30英尺（762mm）時(shí),樹脂層高度造成的流速對其交換能力的影響可降到比較低的程度。因此一般建議樹脂層高度大于30英尺（762mm）
4.進(jìn)水含鹽量
進(jìn)水含鹽量的高低直接影響出水的品質(zhì)，而進(jìn)水含鹽量中k+,na+的總含量對出水品質(zhì)的影響非常大。
例：當(dāng)原水含鹽量為500ppm其中na++k+為零，硬度為10mol/m3
如果我們再生用15lb/ft3（240g/l）出水質(zhì)量可達(dá)到近乎0.00.
當(dāng)原水含鹽量為500ppm而na++k+為250ppm，硬度為5mol/m3
同樣我們用15lb/ft3（240g/l）出水質(zhì)硬度為0.038mmol/l接近
0.04mmol/l（超過了低壓鍋爐進(jìn)水要求）若要出水達(dá)到
0.03mmol/l以下,必須使用（18lb/ft3,290g/l）
5.溫度
水溫增加能同時(shí)加快內(nèi)擴(kuò)散和膜擴(kuò)散,提高交換能力,無論是運(yùn)行或再生,適當(dāng)?shù)靥岣咚疁貙浰魇怯幸娴摹?br>6.再生劑質(zhì)量（nacl）
再生劑純度越高,樹脂的再生度越高,出水的離子泄漏量越少,因此提高再生劑純度及用軟化水溶鹽可提高再生度.
7.再生液流量
通常再生液流量越小獲得的再生效果越好。但過低的再生液流量會(huì)使再生時(shí)間過長.及使再生劑繞過樹脂僅將樹脂表面再生.因此一般要求再生液流量在0.25-0.9gpm/ft3（或順洗流量4-6m/h,逆流再生2-3m/h）
8.再生液濃度
根據(jù)離子平衡原理,再生液濃度提高,可以使樹脂的交換能力得到提高,但在再生劑用量一定的條件下,再生液濃度過高,會(huì)縮短再生液與樹脂的接觸時(shí)間,從而降低了再生效果.一般鹽液濃度控制在10%左右為宜.
9.再生劑用量
樹脂的交換在再生理論上是按等當(dāng)量進(jìn)行即1mol的再生劑可恢復(fù)一個(gè)1mol的交換容量,（即使用58.43g的nacl）.但實(shí)際上再生劑的耗量要比理論值大得多.實(shí)驗(yàn)證明再生劑用量越多,獲得的樹脂工作交換容量越大.出水質(zhì)量越好.但隨著再生劑用量的不斷增加，工作交換容量的提高會(huì)越來越少。經(jīng)濟(jì)性會(huì)不斷下降。因此再生鹽耗。應(yīng)根據(jù)不同的原水水質(zhì)，在保證一定的交換能力及水質(zhì)條件下，盡可能選用比較經(jīng)濟(jì)合理的耗鹽量。在美國通常低壓鍋爐的軟水器，采用240g/l鹽再生一升樹脂。
10.樹脂
不同的樹脂所提供的交換能力是不一樣的。
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